电子产品世界

摘要 根据新一代天气雷达设备的工作环境和运行状态，阐述了雷达系统热设计的工作原理和结构特征，主要对雷达系统发射机的热通道和散热系数进行科学评估，汇总2008～2010年河南省5部新一代天气雷达的热报警数据，通过对运行环境中热报警信息的统计和分析，认为机房布局、制冷设备、冷热通道、数据监控、制冷材料等项目需要改进和调整，提出将供电、制冷、监控和管理组件整合成全面、一体化的解决方案，同时提出下一代热设计与分析技术的重点和发展方向。
关键词 电路与系统；热可控性；冷风道；对流换热；可测性

根据中华人民共和围国家军用标准(GJB／Z 27-92)规定，热设计的目的是控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下，不超过标准及规范所规定的最高温度，最高允许温度的计算应以元器件的应力分析为基础，并与产品的可靠性要求及分配给每个元器件的失效率相一致，温度变化可能改变电子芯片及电路板组件的电子特性和物理特性，从而引起运行失败或故障。新一代天气雷达系统的热设计是指电子设备的耗热元器件以及整机或系统采用合适的冷却技术和结构设计，以便对它们的温升进行控制，从而保证雷达设备或者整个机房稳定、可靠地工作。

1 雷达设备散热结构
1．1 雷达运行环境标准
随着芯片集成度和功率密度的日益提高，设备的温度成为系统工作稳定和性能提升的障碍，设计人员，除了成功实现产品功能之外，还需考虑产品的稳定性、工作寿命和环境适应能力等，而这些都与温度有着直接或间接的关系。
温度和故障率的关系成正比，可以用式(1)表示
F=Ae-E／KT (1)
其中，F=故障率；A为常数；E为功率；K为玻尔兹曼常量(8．63e-5 eV／K)，T为结点温度。
新一代天气雷达机房温度根据美国采暖、制冷与空调工程师学会ASHRAE TC9．9(American Society of Heating，Refrigerating and Air-Conditioning Engineers，Inc)标准制定，保持在72F／22C，为保证气象雷达系统稳定可靠地运行，对运行环境提出了较高的制冷要
求，必须建立精确的制冷管理系统。自1965年以来，气象雷达布局结构和产品性能在过去的几十年间发生了质的变革，但机房数据中心的冷却设计却变化不大，基本采用强迫风冷和房间级制冷方式，现在全国气象部门正在使用的新一代天气雷达现状，就是2～3台空调，提供平均制冷功率不小于30 kW的制冷方案。本数据资料中的5个雷达站所用制冷功率均在28 kW以上，机房内雷达设备主要消耗功率18．4 kW。

其中发射机速调管是系统的主要发热体，速调管放大器的增益约为50 dB，经电弧及反射保护器后，发射机的输出功率不小于650 kW。全固态调制器是发射机的重要组成部分，它将交流电能转变成直流电能，转变成峰值功率约2 MW的脉冲能量，调制器输出的2 MW调制脉冲馈至高压脉冲变压器初级，经脉冲变压器升压，在其次级产生60～65 kV负高压脉冲，加在速调管阴极，提供速调管工作所需的电压和能量，称之为束电压脉冲。与之相应的流经速调管的电流脉冲称为束电流脉冲，束脉冲所包含的能量中，约1／3转变为发射机的输出高频能量，约2／3消耗在速调管收集极和管体，使其发热，速调管风机用于耗散这部分热量，主要采用强迫风冷的散热结构。

关键词： 技术 分析 设计 系统 天气 雷达 新一代